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數學家歐拉的數學公式

生活 更新时间:2024-12-22 10:23:44

在數學幾百年的曆史中,有一位“數學之王”。論起對數學的貢獻,如果他要稱第二,可能沒人敢稱第一。

  • 自然常數e,用的是他名字的首字母;
  • 圓周率π,是他取的名字;
  • 他發現了“世界上最美、最簡單也最複雜的公式”;
  • 而他傳奇的一生,更是從剛學會走路就會算數開始,直到死亡前一秒還在讨論公式中結束;
  • 也許他的全名大家不熟悉,但一定知道以他名字命名的“歐拉公式”。

他就是18世紀瑞士數學家、物理學家、天文學家、科學家——萊昂哈德•歐拉(Leonhard Euler)。

他的一生和對學術的貢獻,配得上“偉大”二字,被後輩稱為“神”一般的存在。!

數學家歐拉的數學公式(數學之王歐拉有多強)1

13歲上大學、16歲碩士畢業,還哲學、數學都精通!

歐拉出生于瑞士巴塞爾的一個牧師家庭。

家裡面有六個孩子,其中歐拉就是長子,所以他在家裡特别聽話懂事。

在歐拉出生不久後,他們全家就搬到了郊外的裡恩。在裡恩,歐拉度過了他童年時期大部分的時光。

郊外的童年時光惬意也自由,小歐拉會幫父母放羊,順便大量閱讀書籍。其中大部分書都是與數學和科學有關的。

數學家歐拉的數學公式(數學之王歐拉有多強)2

真正讓家人發現歐拉對數學的天賦,是一個放羊的故事。

有一次歐拉的父親需要修建新的羊圈,因為家裡的羊越養越多,羊圈的空間不夠需要擴大。可是都沒有很多的籬笆...

正當全家人都在傷腦筋時,小歐拉用他過人的數學頭腦,重新設計了父親的羊圈:把羊圈改成了25米邊長的正方形,用簡單的100米長的籬笆就成功擴大了羊圈的範圍。

數學家歐拉的數學公式(數學之王歐拉有多強)3

成功幫爸爸省了一大筆錢。

大人們都驚呆了,這麼聰明的方法,小歐拉又沒人教,是怎麼想出來的?

而當時的歐拉還不滿7歲,還是在上幼兒園的年紀!有一種“别人家的孩子”的既視感...

數學家歐拉的數學公式(數學之王歐拉有多強)4

之後不久,歐拉正式開始了學業。為了讓歐拉有一個更好的教育,歐拉的父母決定讓歐拉搬回巴塞爾與他的外祖母一起居住。

但很可惜,當時歐拉所讀的學校,并沒有開設數學科目。

他的父親隻能請當時的一些大學生,當歐拉的家教老師,這就是歐拉人生中的第一個“數學老師”。如果當時那位大學生知道這位小同學未來的數學成就,應該要樂開了花吧。

很快歐拉的數學認知水平就超過了他的家教老師。

由于他太過喜歡數學,自學《代數學》。

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這本書連當時他的幾位老師也未曾看過,連他的“大學生老師”也看的不是很懂,但是歐拉卻看的津津有味。

遇到不懂得地方,還會做筆記,畫記号,有不懂得地方還會向别人請教。

當時,歐拉還不滿10歲。果然一個有數學天賦的人,表現就是與衆不同。

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13歲,歐拉憑借自己的努力,考上了巴塞爾大學。跟随父親的職業,選擇了主修哲學與法律。

當時的他不僅是這所大學年齡最小的學生,也是當時整個瑞士年輕最小的學生。

因此這消息一出,在當時轟動了整個數學界,因為當時小歐拉已經展現出了過人的數學天賦。

在巴塞爾大學裡,他認識了當時歐洲最出名的數學家——伯努利。

伯努利家族是當時非常有麼的數學物理世家,他們家的事也很值得看,但這次主角是歐拉,伯努利下次咱們再細說。

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歐拉與伯努利畫像

16歲,歐拉取得了哲學的碩士學位。其中他的學位論文,主題内容就是笛卡爾哲學與牛頓哲學的比較研究。

碩士畢業以後,歐拉為了遵從了父親的意願進入了神學系,學習神學,希臘語和希伯來語。

但當時歐拉的數學老師伯努利,覺得這樣子太過可惜了,簡直就是浪費一個數學人才。最後成功說服歐拉的父親允許歐拉學習數學,并使他相信歐拉日後肯定能成為一位偉大的數學家。

歐拉發現世界上最美麗的公式

歐拉名副其實“數學之王”,他從19歲開始發表論文,直到76歲。

他那不倦的一生,共寫下了886本書籍和論文,并發現了一些新理論,其中又震驚整個數學圈的“歐拉幾何證明”,還有“世界上最美麗的公式”——歐拉公式。

早在1639年,法國著名數學家笛卡爾就發現了一個規律:“不管由多邊形圍成的凸多面體的外形如何變化,都滿足一個簡單的公式——V-E F=2。

但在當時這個規律并未廣泛流傳。

由于歐拉之前所寫的碩士畢業論文就有涉及到了笛卡爾的理論,于是他又重新獨立地發現了這個規律,并把他延展開來。

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為了把這個理論推廣到空間中若幹個多邊形圍成的凸多面體中,歐拉首先選擇了幾個形狀簡單的多面體進行推理。

通過觀察法,把所得的數據進行了歸納總結,他驚奇發現這些多面體的面角和是由多面體的頂點數決定的。

于是從聰明的歐拉又把這個猜想進一步推廣,就得到了V-E F=2的最終結論。

因此這個公式就被命名為歐拉幾何證明公式。

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後來他又發現了最美的數學公式:歐拉恒等式

這個公式被評選為“史上最美的公式”,因為這個公式用加法,乘法,乘方最基礎的運算,把數學中三個最神奇的常數聯系了在一起,沒有任何雜質,漂亮到令人敬畏的地步。

歐拉将三角函數與複指數函數巧妙地關聯了起來。

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其中,e 為自然常數,i 為虛數,x則是以弧度為單位的參數(變量)。

尤其是當參數x等于π的時候,歐拉公式可簡化成為:

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上式将5個微妙且看似無關的數學符号e、i、π、0、1緊密地聯系了起來,其美妙之處讓人稱絕。

高斯也曾經對這個公式歎為觀止,并說:“一個人第一次看到這個公式而不感到它的魅力,他不可能成為數學家。”

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之後歐拉一直從事着學術,包括幾何、代數、物理和天文學的研究,所涉獵的領域範圍是當時科學家圈子裡最廣的之一。

人們之後以他的名字命名了一顆小行星,紀念他的貢獻。

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天公不作美,被命運安排的人生轉折

歐拉年輕時期的工作一直都是順利。

然而,生活卻不會讓他如此順利,命中的厄運卻接二連三向他襲來。讓他完全無法招架。

在他完成彗星軌道計算任務後,由于操勞過度眼睛患上了神經炎症。

而右眼因為發炎而最終失明,他不能再看書了,隻能勉強看清大字體的提綱。這對于他而言絕對是一個沉重的打擊。

但是命運的噩耗還是不肯定對他放手,更可怕的事情接踵而來了。

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在他59歲時,他的左眼視力也開始惡化,1771年,歐拉雙目完全失明。

可是他仍不想放棄自己的數學研究,因此沒有聽從親友的勸說進行精心調養,而是抓緊完全失明前的最後時刻,在黑闆上疾書最新發現的公式和定理。

然後口述内容,由家人和學生做筆錄。

生活實在是太殘忍了。

同年,聖彼得堡的一場特大火災殃及到歐拉的住宅,幸好人們來得及搶救出歐拉本人及其部分手稿,但是很可惜的是,他的全部财産和大量研究成果化為灰燼。

兩年後,與歐拉朝夕相處、相濡以沫40年的妻子又不幸去世。

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歐拉連遭生活的沉重打擊,但他仍不屈不撓地奮鬥,絲毫沒有減少過他的科學研究活動。

憑借他頑強的毅力和孜孜不倦的學習精神,與他的兒子和助手們一起讨論著作出版計劃。還口述了好幾本著作,如《月球運動理論和計算機方法》(1772)。

有時還會簡要地口述研究成果,由别人記錄整理。

據歐拉的一位助手統計,七年内他為歐拉整理的論文高達250篇。

另一位歐拉的助手,也表示自己也整理過70篇的論文。

而且在,歐拉充沛的精力保持到生命的最後一刻,不浪費自己生命中的每一秒。

1783年9月18日,歐拉為了慶祝他關于氣球升空的公式得到了證明,因此決定請朋友們吃飯。

飯後,有位天文學家提出剛發現不久的天王星的運行軌迹問題,歐拉馬上就說出了計算的要領。

當意想不到的事情卻發生了。

在歐拉還與孫子逗笑的時候,突然他疾病發作,煙鬥從手中落下。最後他說了一句“我要死了”,就“停止了生命和計算”。

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歐拉之墓

但是他留下的計算,生命直到永遠。

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